科技日?qǐng)?bào)北京11月7日電 (記者劉霞)美國(guó)科學(xué)家在最新一期《自然》雜志撰文稱，他們借助一種電子散射新方法，對(duì)質(zhì)子半徑進(jìn)行了極為精確的測(cè)量，得到新值0.831飛米，小于此前其他電子散射方法測(cè)得的0.88飛米，且新值與科學(xué)家最近通過μ介子原子光譜法測(cè)得的結(jié)果相吻合。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)6日?qǐng)?bào)道，最新實(shí)驗(yàn)由PRad協(xié)作組在美國(guó)能源部托馬斯·杰斐遜國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)發(fā)言人阿肖特·加斯帕里安說：“最新結(jié)果對(duì)解決所謂的‘質(zhì)子半徑’難題至關(guān)重要。”

質(zhì)子由3個(gè)夸克組成，位于原子的心臟地帶。盡管其無所不在，但仍身負(fù)諸多秘密，目前有大量實(shí)驗(yàn)旨在揭示其“廬山真面目”，其中包括測(cè)得其精確的大小。

2010年之前，質(zhì)子半徑最精確測(cè)量來自兩種不同的實(shí)驗(yàn)方法：電子散射實(shí)驗(yàn)和原子光譜測(cè)量，這兩種方法得出的質(zhì)子半徑約0.88飛米(1飛米=10-15米)。但在2010年，有科學(xué)家宣布，他們借助一種新方法——用電子較重的“表兄弟”μ介子取代電子制造出人造氫原子，然后測(cè)量該氫原子的光譜，推斷出質(zhì)子半徑為0.84飛米。

這種不一致就是加斯帕里安所謂的“質(zhì)子半徑”難題，這也是當(dāng)今物理學(xué)界一個(gè)重要的未解之謎。有鑒于此，2012年，由加斯帕里安領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)作組，希望對(duì)電子散射方法進(jìn)行改進(jìn)，從而對(duì)質(zhì)子的電荷半徑進(jìn)行更精確測(cè)量。

在最新實(shí)驗(yàn)中，他們研發(fā)了3種新技術(shù)來改進(jìn)電子散射方法測(cè)量質(zhì)子半徑，大大提高了實(shí)驗(yàn)精度。他們表示，由于采用新方法，得到的結(jié)果非常獨(dú)特。他們也期待與新光譜得到的值以及全球正在進(jìn)行的電子和μ輕子散射測(cè)量結(jié)果做個(gè)比較。

PRad合作組聯(lián)合發(fā)言人高海燕稱，他們計(jì)劃接下來使用新實(shí)驗(yàn)方法更精確測(cè)量氘核和氘核的半徑，“我們很有可能將測(cè)量精度提高兩倍甚至更多”。

總編輯圈點(diǎn)

質(zhì)子被發(fā)現(xiàn)已逾百年，很長(zhǎng)時(shí)間以來，科學(xué)家都以為他們知道質(zhì)子的大小，但2010年后他們又困惑了——質(zhì)子半徑不一樣的難題，迄今未解。這種爭(zhēng)議，本質(zhì)上也是一種進(jìn)步，因?yàn)橹挥懈冗M(jìn)的測(cè)量，才能發(fā)現(xiàn)質(zhì)子其實(shí)并沒有一個(gè)清晰的物理邊界，它與我們?cè)诤暧^世界中看到的那些球體都不同。但解決這一難題，卻對(duì)理解物理定律意義重大，因?yàn)槲覀兛梢愿玫孛枋龉夂臀镔|(zhì)如何相互作用，并完善量子電動(dòng)力學(xué)理論。